叶战波

（丽水职业技术学院 教务处，丽水 323000）

0 引言

科学有效地应用和管理病房的病床管理系统，是医院必不可少的，设计一套病床呼叫和输液监控系统，合理、高效、安全的服务系统有利于减轻护理工作人员的劳动强度，同时又保障病人的安全，非常具有实际现实意义。

图1 病床呼叫和输液监控系统框图

1 系统总体设计

本系统应用于医院的住院部，对系统的要求比较严格，要求病床监控器具有站号任意输入设定和显示功能；当按下监控器上的呼叫按扭时，主机能显示最先接收到的呼叫病床号，并发出声光报警提示；主机能手动清除当前显示的病床号及报警信号；主机能接收并存储不少于10个呼叫的病床号，在手动清除当前显示后，能依先后顺序显示下一个病床号并发出声、光提示；在滴斗处检测点滴速度，并在病床监控器上实时显示点滴速度（滴/分），测量误差小于±2%滴；输液结束(滴速为零)时，从站和主站应在3秒内发出声光报警信号；主站和从站间应尽量减少连接线数量，有线通信传输距离不小于30米；主站能巡回显示各从站的编号及当前点滴速度，巡回时间3-10秒可由主站任意设定。

按使用要求病床呼叫和输液监控系统设计如图1所示。

2 系统的硬件设计

该输液监控系统，由护士站主机和病房输液监控器两大部分组成，涉及三个技术：单片机技术、传感器检测技术、通信技术。

2.1 按键和显示

病床监控器具有站号任意输入设定和显示功能。从站需要按键和显示功能。因为从站显示简单，采用4位数码管显示，因为其具有低能耗、低损耗、低压、寿命长、成本低、耐老化，对外界环境要求较低等优点。按键则采用独立键盘，其优点是电路设计简单，且编程简单。主站相比从站，在显示和功能等都较复杂，采用液晶显示和矩形键盘最佳。采用（128×64）点阵式液晶显示，它具有功耗小、轻薄短小无辐射危险，平面直角显示以及影象稳定不闪烁，可视面积大，画面效果好，抗干扰能力强等特点。相比独立键盘，矩形键盘可以减少I/O接口。

2.2 主从机通信协议

主机能接收并存储不少于10个呼叫的病床号，在手动清除当前显示后，能依先后顺序显示下一个病床号并发出声、光提示。得需用到多机通信，根据使用要求采用RS485 串行通信方式。RS-485收发器采用平衡发送和差分接收，因此具有抑制共模干扰的能力，加上收发器有高的灵敏度，能检测到低达200mv的电压，可靠通信的传输记录可达数千米。RS485 串行通信电路简单，它是一种常用的总线接口，连接方便。用普通MAX485芯片最大支持32节点。如果使用特制的485芯片，可以达到128个或者256个节点，最大的可以支持到400个节点。

2.3 点滴检测

在滴斗处检测点滴速度，并在病床监控器上实时显示点滴速度（滴/分），测量误差小于±2%滴；输液结束(滴速为零)时，从站和主站应在3秒内发出声光报警信号；主站能巡回显示各从站的编号及当前点滴速度，巡回时间3-10秒可由主站任意设定。可知需要一个点滴的检测装置，测量相邻点滴下落的时间间隔即可确定点滴速度。检测采用红外对管发射接收。工作与断续的方式，在点滴落下时阻挡了接收管接收红外线，产生高电平的脉冲信号，为了提高抗干扰能力，选用RG1120红外发射管，它是单光束红外光电传感器，由进口高发射功率的砷化镓（砷铝镓）红外发射管和高灵敏度的光敏晶体管组成。可根据接收到的光强的强弱判断是否有液滴滴下。该装置成本低，稳定性好，尺寸小，质量轻，安装在滴斗上较简单；对辅助电路要求少，在近距可以用直流发射，电路简单，性能稳定。较容易实现。由于液滴滴下时，为正跳变。单片机外部中断不能检测，所以我们加一个非门反向，使信号成为单片机可利用的。实现的电路如图2所示。

图2 液滴检测电路

3 系统的软件设计

3.1 通信协议

设立FDH为主站发送的引导字节，DFH为从站的的接收的引导字节，由题目得从机号为0-127，从站E8H为告警，F0H不告警并设校正或结束为118H。无论从机是否有接到数据，10uM后，主机都重新开始，发数据。

3.2 主机软件设计

主机软件有程序、端口、中断初始化模块、RS-485通信模块、显示及告警、扫描按键模块、中断接收数据模块组成。液晶显示程序，由厂家直接提供。主机程序流程图如图3所示。

图3 主机程序流程图

3.3 从机软件设计

图4 检测液滴程序流程图

从机软件有程序、端口、中断初始模块、显示及告警模块、滴液速度检测模块、接收指令回发数据模块，检测液滴流程图如图4所示，从机程序流程图如图5所示。

图5 从机程序流程图

4 系统测试与结果分析

测试仪表：数字万用表、示波器、秒表

4.1 功能测试

在主机随意设定16号，液晶显示显示16号，说明病床监控器站号任意输入设定和显示功能完成。当我们按下呼叫按钮时，主机上的蜂鸣器有相应，并且LED发光，说明按下监控器上的呼叫按扭时，主机能显示最先接收到的呼叫病床号，并发出声光报警提示功能完成。当按下清除键时，主机显示清除，蜂鸣器停止呼叫，说明主机能手动清除当前显示的病床号及报警信号功能完成。

4.2 性能测试

当从机任意按下按键1，112，3，24，55，6，7，8，19，主机都能接收数据，并且在主机中都可以按顺序查询到这些数，并且可看到LED发亮和蜂鸣器呼叫，说明主机能接收并存储不少于10个呼叫的病床号，在手动清除当前显示后，能依先后顺序显示下一个病床号并发出声、光提示。当输液结束（滴速为零）时，用秒表测得从站和主站能在2秒内发出声光报警信号。主站和从站间只有两组导线，并且才采用一箱双绞线进行通信传输，通信正常，说明此装置距离不小于300米。用秒表测得巡回时间为9秒，在要求之内，完成任务。

本系统经过测试，该系统的基本功能和液滴速度检测范围与精度指标达到基本要求，实现了一个由一个主站控制多个从站的有线病床呼叫和输液监控系统。

[1] 李树雄,李拓.基于PLC的智能病床呼叫系统设计[J].医疗卫生装备,2008,07.

[2] 王震,张震,马立,饶进军.基于CAN总线的医用输液监控系统设计[J].机电一体化,2009,15(3).

[3] 韩秀莉,姜学思.智能化的液体点滴控制装置[J].大众科技,2010(2):139-140.